A földmágnességí erő napi változása

194

Steiner Lajos dr.

A földmágnességí erő napi változása. (Referátum.) Irta Steiner Lajos dr. Ismeretes dolog, hogy Földünk minden pontján mágneses erő hat, melynek irányát és nagyságát alkalmas berendezésekkel, az u. n. földmágnességi műszerekkel meg tudjuk határozni. Az erő irányát két mágnestű segélyével kapjuk, amelyek egyike függélyes tengely körül vízszintes síkban, másika vízszintes tengely körül azon függélyes síkban szabadon mozoghat, amely az első tű egyensúlyi helyzetén megy keresztül. Az első mágnestű

1. ábra. A nyugat felé pozitívnak számított deklináció napi változása Ógyallán 1906-ban nyáron (— ) és télen (-------------- ). iránya azon szög ismeretéhez vezet, amelyet a földmágnességí erő irányán keresztül fektetett függélyes sík (a mágneses meridiánsík) a geográfiái meri­ diánsíkkal alkot, vagyis az u. n. deklinációszöget állapítja meg, a második mágnestű irányából azon szöget ismerjük meg, amelyet a földmágnességí erő iránya a mágneses meridiánban vont vízszintessel képez: ez az u. n. inklinációszög. A földmágnességí erő nagyságát rendszerint a vízszintes összetevőjéből (a horizontális intenzitásból) állapítjuk meg. Ez utóbbit pedig egy, a horizontális síkban függélyes tengely körül mozgó mágnestű lengés­ tartamából és egy másik tűre gyakorolt eltérítéséből határozzuk meg. A dek­ lináció, inklináció és a horizontális intenzitás mint a földmágnességí erő teljes ismeretéhez vezető három, egymástól független adat, sokszor a föld-

A földmágnességi erő napi változása.

195

mágnességi erő elemeinek mondatnak.1) Ha a csillagászati északi iránytól keletre 0°-tól 360°-ig számított deklinációszöget D-vel, a vízszintestől lefelé számított inklinációszöget J-vel és a horizontális intenzitást H-val jelöljük, akkor az észak felé (X), kelet felé (Y) és függélyesen lefelé (Z) positivnak számított erőösszetevők a következő képletekből adódnak: X = HcosD, Y = HsinD, Z = HtgJ. Nyilvánvaló, hogy a földmágnességi erő (T) következőkép adódik: T2 = X2 4- Y2 + Z2 = H2 sec2 J. 1722-ben egy angol órás, Georges Graham felfedezte, hogy a dekli­ náció egy és ugyanazon helyen nem állandó, hanem egy napon belül vál­ tozásokat mutat. Észleléseit más helyeken végzett megfigyelések is igazolták (Celsius, Hiorter, Canton etc.) és a deklináció napi változásának ismeretéhez

2. ábra. A horizontális intenzitás napi változása Ógyallán 1906-ban nyáron ( és télen (------------- ).

— -)

vezettek. Jóllehet e változás törvénye — a részletekben — különböző helye­ ken más és más, mint főszabályt kimondhatjuk, hogy a deklináció keveseb­ bet változik éjjel, mint a nappali órákban és kisebb a változás télen, mint nyáron. Az északi félgömbön reggel 7 —9h körül a kelet felé számított dek­ lináció legnagyobb, délután 1—3h körül legkisebb; a napi amplitúdó középsarkmagasságokban körülbelül 8'—10', az egyenlítő felé fogy, és a déli fél­ gömbön megfordul, ha ott is a mágnestű északi végére vonatkoztatjuk a*) *) A „földmágnesség elméletének elemei" néven Gauss egészen mást ért. Ő t. i. azon számadatokat érti, amelyek a földmágnességi erő permanens mezejének gömbfüggvények szerint haladó sorkifejtésében, mint együtthatók szerepelnek, amelyek tehát az egész Földre (és nemcsak egy bizonyos helyre) jellemzők. (Resultate aus d. Beob. d. magn. Vereins i. J. 1838. p. 32.)

196

Steiner Lajos dr.

geográfiái meridiántól való eltéréseket. 1. ábránk a nyugat felé pozitívnak számított deklináció változását mutatja a nyári és téli félévben az 1906. évről Ogyallán. A deklináció-változás előbb vázolt törvénye a mágneses nyugodt napokra vonatkozik. De nemcsak a deklináció, hanem a horizontális intenzitás és inklináció is szabályos napi változásokat mutatnak. Itt is áll az, hogy a változás kisebb éjjel, mint nappal és kisebb télen, mint nyáron. Nálunk a horizon­ tális intenzitás éjjel legnagyobb és délelőtt 11 —12h körül legkisebb, napi amplitúdója középben körülbelül 0,00020—0,00030 cgs (dyn) vagyis a hori­ zontális intenzitás része. Az inklináció délelőtt 10h körül legna­ gyobb és az éjjeli órákban legkisebb, napi amplitúdója körülbelül 2'. E szabályok évszakok és sarkmagasságok szerint részleteikben módosulnak és

3. ábra. Az inklináció napi változása Ogyallán 1906-ban nyáron ( télen (------------- ■).

) és

a fő szélső értékeken kívül másodrendű maximum és minimum értékek is lépnek fel. A 2. és 3. ábrák adják e változásokat Ogyallán az 1906. évből a nyári és téli félévben. Az elemek napi változását úgy szokták grafikailag feltüntetni, (és így tettünk mi is a fennebbi rajzokban), hogy egy horizontális egyenesre viszik fel a folyó időt és az egyes órák pontjaiban emelt merőlegesekre az elemek eltérését a középtől. E merőlegesek végpontjait összekötő görbe adja a napi változás görbéjét. Airy (1863.) a grafikai feltüntetés más módját választotta.1) O úgy járt el, hogy egy derékszögű koordinátarendszerbe, amelynek x ten­ gelye a mágneses észak, y tengelye nyugat (vagy kelet) felé volt irányítva, felvitte az ezen irányokba eső erőösszetevők eltérését a napi középtől. Ha*) *) Phil. Trans. Vol. CLIII. part. I.

A földmágnességi erő napi változása.

197

tehát AD és AH a deklinációnak és horizontális intenzitásnak a nap bizo­ nyos órájához tartozó eltérése a középtől, Airy a AH és HAD összetevőket, rajzolta fel. Minden órának megfelelő abszcissza és ordináta a síkban egy pontot határoznak meg és ezen pontokat összekötő görbe a napi változás horizontális összetevőinek napi változását ábrázolja. E módszer nem vált általánossá, mert a földmágnességi. erő napi vál­ tozásának leírásában nem vezetett összefoglalóbb képhez, mint a régebbi szokásos grafikai eljárás. Lényeges haladást jelentett azonban a Gausstól már hangoztatott, de csak sokkal később v. Bezold-tól használt grafikai módszer,1) amely lényegében Airy módszere azzal a lényegtelennek látszó

4. ábra. A horizontális erő napi változásának vektordiagrammja Ógyallán 1906. júliusban. módosítással, hogy a koordinátarendszer tengelyei a geográfiái észak és kelet felé irányítottak. Az így nyert görbét v. Bezold vektordiagrammnak nevezi. Ennél az ábrázolásnál tehát AX = AH cos D — H sin D AD AY = AH sin D 4 - H cos D AD mennyiségeket visszük fel egy derékszögű koordinátarendszerbe, hol AH és AD az eltérések a napi középtől. Az utóbbi grafikai ábrázolás a napi vál­ tozás oly törvényéről ad felvilágosítást, amely a szokott módszerrel és Airy vektordiagrammjaiból nem tűnik ki. Ha ugyanis a napi változást egy oly erőtér létesíti, mely önmagában változatlanul 24 óra alatt egyszer a Föld ‘) Ges. Abh. 1906. p. 419—429.

198

Steiner Lajos dr.

forgási tengelye körül megfordul (vagy a mely változatlan erőtérben el Föld tengelye körül forog), akkor egy-ugyanazon parallelkör mentén fekvő állo­ mások adataiból levezetett Bezold-féle vektordiagrammoknak egyenlőknek kel-

5. ábra. A 4. ábrán feltüntetett vektordiagrammból a horizontális intenzitás napi változása 7° nyug. dekl. (a 30° nyug. dekl. ( b -------- ) és 30° kel. dekl. ( o .........-) helyen.

lene lenniök. Más és más lesz azonban az Airy-féle vektordiagramm és a horizontális intenzitásnak — meg deklináció-változásnak közönséges módon

A földmágnességi erő napi változása.

199

(abszcissza tengely az idő, ordináták a variációk) történő ábrázolása, aszerint, amint e helyeken, más és más a deklináció. Legjobban megvilágítja e viszo­ nyokat a következő példa. A 4. ábra 1906. julius hónapban Ogyallán1) a napi menet horizon­ tális összetevőjének vektordiagrammját tünteti fel. A pozitív X tengely geogr. észak, az Y tengely rá merőlegesen kelet felé irányul. Az ógyallai mágneses meridián MM a geogr. meridiántól körülbelül 7 fokkal tér el nyugat felé. A horizontális intenzitás és a deklináció napi menete ugyané hónapban az 5. és 6. ábra pontozott vonalai. A vektordiagrammnak fizikai jelentése a következő: ha alkalmas módon (pl. segédmágnesekkel) a Föld permanens mágneses mezejét kompenzálnók, akkor egy vertikális tengely körül vizszin-

6 . ábra. A 4. ábrán feltüntetett vektordiagrammból a kelet felé pozitívnak szá­ mított deklináció napi változása 7° nyug. dekl. ( a --------), 30° nyug. dekl. (b - ) és 30° kel. dekl. (c - - ) helyen.

tes síkban szabadon mozgó mágnestű egy nap folyamán a vektordiagramm rádiuszai irányában helyezkednék el és a ráható irányító erő e rádiusz hoszszával arányos. Ha e rádiuszt a közép mágneses meridiánra vetítjük, e vetületek a horizontális intenzitás változásai; a vetítők —■ nevezzük őket F-nek — vagyis a közép mágneses meridiánra merőleges erőösszetevők a deklináció-változásokat AD = g- képlet segélyével adják, hol H a horizontális intenzitás átlagértéke a kérdéses helyen. Ily módon nyertük a teljesen vál­ tozatlanul hagyott és a 4. ábrán feltüntetett vektordiagrammból a 30° nyu­ gati (M'M') és 30° keleti (M"M") deklinációval biró helyekre a horizontális*) *) A m. kir. orsz. met. int. évkönyvei 36. köt. 2. rész. 1906. év.

200

Steiner Lajos dr.

intenzitás és deklináció napi változásának közönséges grafikai ábrázolását. (5. és 6. ábra). Az ábrák egyszerű megtekintése meggyőz arról, hogy a napi változás törvényei, még azon legegyszerűbb felvételben is, hogy a ható erők egy parallelkör mentén ugyanazon helyi időben ugyanazok, a közönséges ábrázolásban teljesen elmosódhatnak és ez az ábrázolási mód a különböző helyeken, amelyek ugyanazon parallelkör mentén fekszenek, de különböző deklinációval bírnak, a napi változásra egész más görbéhez vezet. Még job­ ban kiviláglik ez a következő összeállításból: A horizontális intenzitás középértéke maximuma minimuma 30° nyug. delel, helyen j d. e. 1 l h 50més reggel 4h 40m délután 2h reggel 9h 30° kel. dekl. helyen ; d. e. 8h 20més d. u. 5h 15m reggel 5h déli 12h A kelet felé számított deklináció középértéke

maximuma

minimuma

30° nyug. dekl. helyen d. e. 9h 40més d. u. 6h 05m reggel 6h 1délután 2h 30° kel. dekl. helyen d. e. l l h 05més éjjel l l h 45m reggel 8h ;délután 2h Az Airy féle vektordiagrammot a 4. ábrából megkapjuk, ha utóbbit a deklinációszöggel elforgatjuk. Ez is a különböző deklinációk szerint különböző lesz. Az észlelési adatok azt mutatják, hogy a vektordiagramm ugyan­ azon parallelkör mentén fekvő állomásokra körülbelül ugyanaz vagyis más szóval a földmágnességi erő napi variációja első közelítésben oly önmagában változatlan ható rendszerrel irható le, mely a mozdulatlannak képzelt Föld körül 24h alatt a Föld forgástengelye körül egyszer meg­ fordul. E tapasztalati tényből kiindulva Schuster Arthur egy, az 1889. évben megjelent értekezésében1) azon kérdést dönti el, hogy e ható rendszer a Föld belsejében vagy a Földön kívül van-e. A kérdés eldönthető azon elvek alapján, amelyeket Gauss „Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus“ c. klasszikus értekezésében2) fejtett ki és amelyeket ő maga a Föld permanens mezejére alkalmazott is. Feltéve, hogy a napi változást okozó erőknek van potenciálfüggvényük, azaz az erők egy-ugyanazon függvénynek a koordináták szerint vett differenciálkvocienseivel előállíthatok, e függvény a horizontális erőkomponensekből meghatározható; a vertikális erőkomponens ismeretével pedig eldönthetjük azt, hogy a ható erők mekkora része származik külső hatóktól és mekkora része belső hatóktól. E viszonyok mathematikai fogalmazása a következő. Ha W a napi változást előidéző hatók potenciál függvénye a Föld felületén és R a Föld sugara, akkor W következő alakba fejthető : jy = (P' .+ p') + (P" + p") + • • • hol a P', P" . . . első, másod. stb. rendű gömbfüggvények a belső hatókra, J) The Diurnal Variation of Terrestrial Magnetism. Vol 180 A. pp 467—518. 3) Resultate aus d. Beob. des magn. Ver. i. I. 1838 pp 1—57.

201

A földmágnességi erő napi változása.

a p', p" . . . első, másod-stb. rendű gömbfüggvények a külső hatókra vo­ natkoznak. A P függvények alakja természetesen ugyanaz, mint a p-ké, csak bizonyos num erikus együtthatókban különböznek és ép e szám ok jellemzik a belső és külső hatást. Az itt fellépő n-ed rendű gömbfüggvények általá­ nos alakja : P(n) = 2p ( t í c o s p t + i ,

S^sinpt)

t£

és p(n) = Sp i

(c^cospt + s^sinpt) Tjj

hol C?, S ?, c?, s^ num erikus állandók, melyek az észlelési adatokból állapítandók meg, t az észlelési hely helyi középideje és T? csupán

a sark-

m agasságtól függő kifejezés.1) Továbbá a vertikális erőösszetevő napi vál­ tozása Z = (2 P '—p') + (3 P " — 2p") -T (4P'"— 3 p '") - f - . . . alakban írható. A horizontális erőösszetevők egyikének2) az észlelési adatokból göm b­ függvények szerint haladó sorbafejtése különböző parallelkörökre a P ' + p', P " -f- p " . . . illetve a C? -j- c^ és S£ -j- s^ mennyiségek ism eretéhez vezet. A vertikális erőösszetevő napi változásának az észlelési adatok alapján való sorbafejtése az (n -(- 1 ) C£— nc£ és i n f 1 ) S?— ns£ mennyiségeket adja meg, tehát CP, S£, cjj, s£ külön m eghatározhatók. Schuster fennebb idézett értekezésében azon kérdést iparkodik eldön­ teni, hogy a napi változást létesítő hatók túlnyom ó részben a Földön kívül, ■vagy a Föld belsejében vannak-e. A fennebbiekből világos, hogy, ha pusztán belső hatókat tételezünk fel, a vertikális erőösszetevő napi menete 2 (P' + p') + 3 (P" + p") + 4 (P '" + p '") + . . . alakú, ha csupán külső hatókat tételezünk fel, akkor — (P' + p') — 2 (P" -f p ") — . . . alakú és a kettő különbsége ugyanolyan rendű, mint maga a vertikális összetevő. A vertikális erőösszetevő észlelt napi menete tehát dönt a két hipothezis között. Egyszerűen következőkép lehet ezen viszonyokat képzelni. A mágneses hatók mágneses hatásaikban helyettesíthetők áram rendszerekkel. Egy olyan mágneses pólus a Földön, mely a horizontális síkban vertikális tengely körül szabadon forgó m ágnestű északi végét a Föld felületén vonzza, vagy olyan áram rendszerrel helyettesíthető, mely a Föld belsejében van és a Föld felületén levő és a mágneses pólus felé néző észlelőre nézve az óra­ m utató járásával egyezőleg kering, vagy a Föld felületén kívül a légkörben levő oly áram rendszerrel, mely a Föld felületén levő és a külső pólus felé tekintő észlelőre ismét az óram utató járásával egyezőleg kering. Mindkét*)

*) Az általános n-edrendű gömbfüggvényben még egy An Pn tag is szerepel, hol An numerikus állandó, és Pn csupán a sarkmagasság függvénye ; e tag, mivel a potenciálfüggvénynek egy-ugyanazon parallelkörre állandó része a Föld permanens mágneses mezejéhez számítandó, elmarad. Ugyanezen okból marad el a külső hatók potenciálfüggvényének még egy állandó po tagja is. 2) Bezold: Ges. Abh. p. 430—431. Földr. Köz!. 1912. október. V ili. füzet.

15

202

Steiner Lajos dr.

áramrendszer a tűre ható horizontális erőösSzetevőt megmagyarázza. Az első áramrendszertől származó, az északi tűvégre ható mágneses erő vertikális összetevője azonban lefelé irányul, a második áramrendszer hatásának ver­ tikális összetevője felfelé irányul s így az észlelt vertikális erőösszetevő dönti el azt,, hogy a két áramrendszer melyike (tehát váljon belső vagy külső ható) hozhatja létre az észlelt vertikális mágneses erőket. A Föld permanens mágneses mezejére alkalmazva ezen okoskodást*), világos, hogy a horizontális erőt vagy a Föld belsejében keletről nyugat felé, vagy a Földön kívül nyugatról kelet felé keringő áramok hozhatják létre; mivel pedig az északi mágneses pólusban a tű északi vége lefelé néz, tehát csak az első áramrendszer egyezik a tapasztalattal, és a Föld permanens mágneses mezejét túlnyomólag (majdnem kizárólag) belső hatók létesítik.2) Ugyanilyen okoskodást végezünk a napi variáció okának vizs­ gálatánál. Schuster idézett értekezésének gondolatmenete röviden a következő : Legyen Y a keleti erőösszetevő napi változása és W a napi változás po­ tenciálfüggvénye, akkor, ha a földrajzi hosszúságot kelet felé pozitívnek számítjuk,

hol R a Föld sugara és u a pólustávolság. Különböző parallelkörökön fekvő állomások észlelési adataiból Ysin u = ajCOs X + bjSin X + a2cos 2 X + b2sin 2 X + . . .3) sort kapjuk, hol a, a, . . . b, b2 . . . az u-nak függvényei és ily alakra hozhatók aj = <#) T?> + 4 ^ T® j +

2 T®.2 + . . .

bi = T® + Tjípj + T®2 + . . . hol a, P, numerikus együtthatók és a T függvények a fennebb előfordult csupán u-tól függő kifejezések. Tehát: = ' — XYsin u d X = — ajsin X -f- b^os X —

sin 2 X -f- ~ cos 2 X . . .

Pusztán külső hatókat tételezve fel, a vertikális erőösszetevő napi változását a potenciál függvény ismert alakjából következő alakban kapjuk : cc

Z = 2i (c.cos iX 4- d.siniX), hol , s i i*)

*) Bezold : Ges. Abh. p. 437. 2) Schmidt szerint a mezőnek körülb. ^ része származik külső hatóktól. s) Valamely parallelkör összes pontjain megkapjuk az Ysinu-t a következő sor alakban : a,cost -)- b,sint -f- a2cos 2 t + b2sin 2 t hol t a helyi közép­ idő. Ha t helyébe t 0 — f—X ■ — t írunk, hol X az első meridiántól (Greenwich) számí­ tott geogr. hosszúság, és azután t0 = o — teszünk, akkor kapjuk a kelet felé irá­ nyított összetevőt a parallelkör pontjaiban az első meridián 0 idejében.

A földmágnességi erő napi változása.

203

p® t® ! t£ d; = i >+P i + Pusztán belső hatókat tételezve f e l: co Z = Si (cjcos i X -j- djsin i X), hol

a.® T.®

— %

I+ P

1+P

1

'

Cj =

V3

-? 1

i 4-p

T - - f i© 1 1 -j-p-l

/:\

T® 1-j-p-l

di =

—

v? Í-4— C .( 1) © P 1

'1

T©

'i+p-1

i+p-1

Az észlelési adatokból a vertikális erőösszetevő napi változását co -i

(pjCosiX -j- qjsiniX)

alakban kapjuk. A pj és q}-nek a c., dj illetve Cj, dj mennyiségekkel való egybevetése felvilágosít arról, hogy — kizárólag vagy túlnyom ó részben — külső vagy belső hatóknak kell-e tulajdonítanunk a napi változást. Schuster azt találta, hogy a vertikális kom ponens észlelt napi menete oly hatókkal m agyarázható, melyek túlnyom ó részben a Földön kívül v a n n a k ; a napi menet am plitúdója azonban a valóságban kisebb, m int a horizontális erő­ összetevők alapján levezetett potenciál értékből — csupán külső hatók feltételezése mellett — következnék. Ennek okát azokban az indukált áram ok­ ban találja, melyeket a külső erőtér a Föld belsejében indukál. Ezek az indukált áram ok a külső hatóktól származó horizontális kom ponenst növelik, a vertikális kom ponenst csökkentik. A fáziskülönbség a külső hatók hatása és a tőlük a Föld belsejében indukált áram ok hatása között a horizontális és vertikális kom ponensnél ugyanaz (ha a vertikális kom ponensnél a külső és belső hatásokat ellenkező előjellel látjuk el, ellenkező esetben a vertikális kom ponensben a külső és belső hatók fáziskülönbsége 180°-al több, mint a horizontális kom ponensben.) Azon elméleti vizsgálatok alapján, melyeket Horace Lamb gömbben indukált áram okra vonatkozólag végzett, meg tudjuk állapítani, hogy a gömb állandó vezetőképessége esetében egy változó, külső erőtértől származó indukált áram rendszer mágneses hatásai mily viszonyban állanak az eredeti külső hatók m ágneses hatásaihoz és ez utóbbiakhoz ké­ pest mily fáziseltolódást m utatnak. A Schustertől használt következő geo­ metriai megfontolás világosan tünteti fel a fellépő viszonyokat. Ha (7. ábra) OH, a külső hatóktól származó horizontális erőkomponens, OH 2 a külső hatóktól a Föld belsejében indukált áram ok mágneses hatásának horizontális kom ponense és OVj, OV 2 a megfelelő vertikális kom ponensek, akkor a valóságban észlelt erőkom ponensek: OK a horizontális és ON a vertikális erőkomponens. Schuster az észlelt OK alapján azon feltétellel állapítja meg a vertikális kom ponenst, hogy az összes hatók künn vannak, tehát egy oly OR erőt kapunk, melyre nézve: O R : OK = OV, : OH,. — Ha tehát a szám ítást a tapasztalattal, az észlelt adatokkal akarjuk összehasonlítani, meg , , ON kell állapítanunk 0-^ viszonyt és NOR szöget (fáziskülönbség) az elméletileg, OH2 OV2 — bizonyos állandó vezetőképesség mellett — megállapított qq- = c' = c és NVjO

=

H,OH 2

adatokból.

Ez az ábrából

egyszerű

trigonometriai 15"

204

Steiner Lajos dr.

megfontolások alapján sikerül. Összehasonlítva az észlelési adatokat az el, ON qk-

méleti eredményekkel, azt latjuk, hogy a tényleg mutatkozó

(amplitúdó

viszony) viszonyna*k akkora fáziskülönbség felelne meg (körülb. 3 óra), melyet az adatok nem igazolnak, m iután a külső hatók hipotheziséből szá­ mított és az észlelt vertikális kom ponens napi menetében fáziskülönbség nem mutatkozik. Megegyezést hozhatunk létre, ha feltételezzük, hogy a Föld vezetőképessége nem állandó, hanem a belseje felé nő. Hogy a Föld belső rétegei jobb elektromos vezetők, mint a külső rétegek, azt több adat és megfontolás tám ogatja és csak mellesleg hivatkozunk W iechert legújabb nézetére a Föld belső rétegeit illetőleg, mely szintén jó vezető rétegekre utal. A külső és belső hatók num erikus m egállapítását bővebb észlelési adatokra tám aszkodva, Fritsche végezte1) Az ő szám adatai alapján rajzoltuk meg a 8 —13. ábrákon a külső és belső hatók nivógörbéit külön és egye­ sítve. E rajzok greenwichi déli 12 órára vonatkoznak. Ezen görbék közelí­

tésben azon áram rendszert tüntetik fel, mely a Föld körül keletről-nyugatra 24 óra alatt megfordul, miközben alakját változatlanul megtartja. Amint látjuk a külső hatók négy pólust m utatnak, mindegyik félgömbön k e ttő t: egy északi és egy déli p ó lu s t; a belső hatóknál ellenben csupán két jól kifejlett pólust találunk. Ez utóbbiak a Földet inkább kelet-nyugat irányban két félgömbre osztják. A külső hatók pólusainak helye a 35 —40° parallel­ körök körül van, tehát a meteorológiai tekintetben is kiváltságos földrajzi szélességekben.2) A zonnal szembeszökik a téli és nyári félévnek különbsége az északi és déli félgöm bön: a külső hatók jól kifejtett áram rendszere azon félgömbön található, am elyen nyár van. Schuster számításából az következ­ nék, hogy a külső és belső hatók hatásának nagyságrendje úgy viszonylik egymáshoz, mint 4 :1 ; Fritschének teljesebb adatsorra tám aszkodó szám ítása szerint a külső és belső hatók nem m utatnak ekkora különbséget. *) Die tágliche Periode d. erdmagn. Elemente. St. Petersburg 1902. a) v. Bezold Ges. Abh. p. 438.

8. á b ra . K ü ls ő h a tó k n iv ó g ö rb é i, a m ik o r a z é sz a k i fé lg ö m b ö n n y á r v a n .

A -------- - — g ö r b e e lv á la s z tja e g y m á s tó l a z o n h e ly e k e t, a h o l n a p p a l é s é js z a k a v a n .

A földmágnességi erő napi változása. 205

S te in e r L a jo s dr. 206

ábra. Belső hatók nivógörbéi, amikor az északi félgömbön nyár van. A —•—•— görbe elválasztja egymástól azon helyeket, ahol nappal és éjszaka van.

A fö ld m á g n e s s é g i e rő n a p i v á lto z á s a .

207

A külső hatókat a légkörben keringő elektromos áramoknak képzel­ hetjük. Kérdés, hogyan keletkezhetnek ily áramok a légkörben ? Schuster 1889. évi értekezésében csak főbb vonásokban utal egy, eredetileg Balfour Stewart-tól származó hipothezisre, bővebben foglalkozik vele egy újabb értekezésében.1) E hipothezis szerint a mozgásban levő magasabb légrétegek­ ben, melyek a napsugárzás által valami módon elektromos vezetőkké váltak, a Föld permanens mágneses terének erővonalai áramokat indukálnak. E hipothezis további tárgyalása már most akkép történik, hogy megvizsgáljuk, váljon a meteorologiai észlelések által megállapított légmozgások valóban olyanok-e, hogy e rétegekben az adott permanens mágneses tér olyan áram­ rendszert indukál, amilyet a mágneses erő napi variációja megkövetel. E vizsgálat eredményei röviden összefoglalva a következők. Ha a légkör moz­ gása egész tömegében olyan, mint amilyennek a barométer napi ingadozásá­ ból adódik, a mágneses erő számított napi változása a tapasztalthoz képest a következő eltéréseket mutatja : úgy az egész, mint a félnapi hullám körül­ belül l s/4 óra fázis eltolódást mutat; az egész napi és félnapi hullám ampli­ túdójának viszonya 2'6, mig az észlelés szerint 8’0. De ha tekintetbe veszszük a barométer ingadozását kifejező képlet magasabb rendű tagjainak bizonytalanságát, az összehasonlítás kedvezőbb eredményhez vezet ugyan, de e javulásnak — épen az adatok bizonytalansága miatt — nem tulajdo­ níthatunk nagyobb fontosságot. A fázis eltolódásban bizonyára a mágneses adatok bizonytalanságának nagy szerepe van. Sokkal fontosabb javításhoz vezet az a megfontolás, hogy a levegő elektromos vezetőképessége a nap és év folyamán nem állandó és elég való­ színű hipothezis az, hogy azon szög cosinus-ával arányos, melyet a nap­ sugár és a levegő elem normálisa egymással képez. Tekintettel arra, hogy minden jel arra mutat, hogy a vezetőképesség a Nap sugárzásával függ össze, e hipothezist elfogadhatjuk. E feltevés alapján a két hullám amplitúdójának viszonya 4'5, tehát már jóval közelebb van a tapasztalati adathoz. A prob­ léma mathematikai tárgyalása a változó vezetőképesség behozatalával nagyon komplikálódik ugyan, de ez vezet a mágneses variáció legjellemzőbb tüne­ ményeinek legalább részleges megmagyarázására : nevezetesen, hogy a mág­ neses variáció nagyobb nappal, mint éjjel és nagyobb nyáron, mint télen. E körülmény tekintetbe vétele megmagyarázza azt, az első pillanatra külö­ nösnek látszó tüneményt, hogy — jóllehet a barométer napi ingadozásának főtagja Va napos hullám, a mágneses variáció főtagja pedig egész napos hullám — a két tünemény között mégis szoros kapcsolat lehetséges. Ennek oka egyrészt az, hogy a 24 órás barometer-hullám erősebben befolyásolja a mágneses variációt, mint a 12 órás barometer-hullám. másrészt az, hogy a 12 órás légnyomáshullám egy elég tekintélyes 24 órás földmágnességi variáció hullámot is hoz létre, mig a 24 órás légnyomás hullám a 12 órás mágneses variáció hullámot kis mértékben erősíti. Phil. Trans. A Vol. 208, 1908. pp. 163—204. és Terrestr. Magn 1907. Dec.

Steiner Lajos dr. 208

10. ábra. K ülső h ató k nivógörbéi, am ikor az észak i félgöm bön tél van. A — •— •— görbe elválasztja eg y m ástó l azo n helyeket, ahol n ap p al és éjszak a van.

135

11. áb ra Belső h ató k nivó gö rbéi, am ikor az észak i félgöm bön tél van. -------görbe elválasztja egy m ástól azon helyeket, ahol nappal és éjszak a van.

A földm ágnességi erő napi v áltozása.

209

210

S te in e r L a jo s d r.

Az elméletnek ez a módosítása sem elegendő azonban az évszakos különbségek teljes megmagyarázására, mert a téli és nyári napi menet egész, illetve félnapi hulláma 0 6 és 0 8 viszonyt ad, az elmélet pedig mindkét hullámra 0'26-hoz vezet. Az elmélet és tapasztalat e pontban való különb­ sége áthidalható volna azzal a felvétellel, hogy a napsugárzás által keltett vezetőképesség akkumulálódik, tehát nem csupán a Nap pillanatnyi helyze­ tétől függ. De jelenlegi ismereteink e felvételre nem jogosítanak fel. Sokkal valószínűbb, hogy e meg nem egyezés onnan származik, hogy eddig az egész légkörre egységes oszcillációt tételeztünk fel, még pedig olyat, amilyen a barométer napi ingadozásából következik. De ha feltételezzük — és erre van theoretikus támpontunk —, hogy a felső légrétegek, amelyek az elekt­ romos áramok keletkezésénél nagyobb vezetőképességüknél fogva elsősorban tekintetbe jönnek, az alsó rétegekből többé-kevésbbé függetlenül osczillálhatnak, még pedig úgy, hogy a félnapi hullám jobban háttérbe szorul és a fázisban is eltolódást engedünk meg, akkor jobb megegyezésre hozhatjuk az elméleti és tapasztalati eredményeket. Világos, hogy a magasabb légréte­ gek ezen oszcillációja a barometer-menetben nem jut kifejezésre. Azon levegőrétegek vezetőképessége, melyekben ezen áramok keletkez­ nek, következőnek adódik. Ha p azon levegőréteg vezetőképessége, melyben az áramok keringenek és e a réteg vastagsága, akkor az adatok következő összefüggésre vezetnek: pe = 3X10-6. Ha a vezetőréteg vastagságát 3(0 lcm-re tesszük, mire az északi fény és a meteorok magassága útmutatással szolgálnak, úgy p = 1 0 - 13 abszolút elektromágneses egységekben. A Föld felületén egy atmoszféranyomásnál körülb. 10-'24-nek adódik a levegő ve­ zetőképessége, tehát sokkal kisebbnek. De ha tekintetbe vesszük, hogy fogyó légnyomással a vezetőképességnek növekednie kell, továbbá, hogy áramaink igen magas rétegekben keletkeznek, hol a légnyomás nagyon kicsiny és hogy e magasságokban erősebben ionizáló tényezők hathatnak, mint a Föld felületén, akkor a talált értéket olyannak tekinthetjük, mint a mely a tapasz­ talattal ellenmondásban nincs. Ha már most azon okok után kutatunk, ame­ lyek a felső légrétegeket nagy mértékben ionizálni képesek, úgy több ily ható okra lehet rámutatni, mely e rétegeket vezetőkké teheti. Ilyen lehet a napsugárzás ultra ibolya része, iónoknak légkörünkbe lövelése a Naptól és uj iónok képzése a légmolekulákba való ütközés utján stb. Mindenesetre azonban a Napra, mint hatóra vezet vissza a felső rétegek ionizált volta. Erre mutat a földmágnességi variációkban mutatkozó jellemző különbség nappal és éjjel, nyáron és télen, továbbá az összefüggés a napfoltokkal. Kétségtelen, hogy a theoria eddigi kifejtésében nem oldja meg a föld­ mágnességi napi variáció összes részleteit, de nagyon termékenynek látszik á további vizsgálatok irányítására. Világos, hogy e theoria értelmében min­ den olyan változás, mely a napsugárzásban és ezzel összefüggőleg a mozgó levegőrétegek vezető képességében beáll, befolyásolja a földmágnességi va­ riációkat is, továbbá a levegő mozgását módosító okok, milyenek például a Holdtól vagy a Naptól létesített árapály jelenségek, szintén visszatükrö-

A fö ld m á g n e s sé g i e rő n a p i v á lto z á s a .

211

Steiner L ajo s dr. 212

13. ábra. K ülső és belső h ató k eg y esített nivógörbéi, am ik or az északi leigöm bön tél van. A ------- - — görbe elv álasztja eg y m ástó l azo n helyeket, ah ol nap p al és éjszak a van.

A d e b r e c z e n i e ls ő m a g y a r is k o la i a tla s z o k é r té k é r ő l, s tb . f o n to s s á g á r ó l.

213

ződnek a földmágnességi variációkban. Ezzel hatalmas összekötő kapcsot nyerünk a földmágnességi variációk és a légkör mozgásai meg a napsugár­ zás között és a geofizika e rejtelmes tüneményét egyéb terresztrikus és koz­ mikus jelenségekkel közelebbi okozati kapcsolatba hoztuk. Régi keletűek azon vizsgálatok, amelyek a földmágnességi variációk­ nak meteorológiai elemekkel: a hőmérséklettel, légnyomással, légnedvesség­ gel stb. való kapcsolatát keresték (Lloyd, Capello), anélkül hogy határozott eredményekre vezettek volna. E vizsgálatok egyszerűbbnek tételezték fel a kapcsolatot. Schuster alapvető vizsgálataiból úgy látszik, az következik, hogy van ily kapcsolat a légköri viszonyokkal, amely azonban nem közvetetten, hanem azon elektromos áramok közvetítésével jő létre, melyek légkörünk felső rétegeiben keletkeznek.

A debreczeni első m ag y ar iskolai atlaszo k érté­ kérők kulturális és didaktikai fontosságáról. Irta : Ecsedí István á r.

A debreczeni togátus deákok rövid, (Í797— 1804) de gyümölcsöző munkájuk által, rövid idő alatt, gyors egymásutánban négy atlasszal aján­ dékozták meg sarjadzó földrajzi irodalmunkat. Ez atlaszok közül az első hármat u. m. az „Oskolai ó és uj Átlást“, (1800) a „Gatterer féle kis uj Átlás“-t csak szerény kísérleteknek kell tekintenünk, amelyek rövid életűek voltak és csak igen szűk térre szorítkoztak. Legkiválóbb alkotásuk, mun­ kájuk koronája az „Oskolai magyar uj Átlás“ 1804., mely az 1800-ban megjelent atlaszt még a debreczeni ref. kollégiumból is azonnal kiszorította s hazai, közelebbről nemzeti iskoláinkban egész a múlt század 40-es évéig ismert, protestáns iskoláinkban széles körben használt volt. Még az 1843-ban megjelent Fényes-féle atlasz is csak modernebb volt, de teljesség és csinos­ ság tekintetében nem pótolta az „Oskolai magyar uj Atlás“-t. Természetes, hogy a fenti atlaszok térképei elsősorban politikai föld­ abroszok, tekintettel a históriára, minek folytán az orografiai, hidrografiai és más fizikai földrajzi elemek csak nagyon alárendelt szerepet játszanak bennük. A tantervek értelmében az egész Föld, a kontinensek és Európa részlet tér­ képeit tartalmazzák különféle vetületekben. Az egész föld ábrázolására a sztereografikus ekvatoriális vetületet, mint legegyszerűbbet használták, ha a földet globuláris projekcióban, akár egy — mint az ókori térképeken —- akár két féltekén — főleg Amerika fölfedezése óta célszerű — kívánták ábrázolni. Ott, ahol a földnek lehető leghívebb átnézeti képét akarták adni, a Merkator féle vetületet alkalmazták. — Ez a vetület az egész Földet ábrázolja,